Novice

Kot najosnovnejši del pasivne tehnologije interneta stvari se pasivne oznake UHF RFID široko uporabljajo v številnih aplikacijah, kot so trgovina na drobno v supermarketih, logistika in skladiščenje, knjižni arhivi, sledljivost proti ponarejanju itd. Šele leta 2021 je globalno znesek pošiljanja je več kot 20 milijard.Na kaj točno se v praktičnih aplikacijah zanaša čip pasivne oznake UHF RFID za napajanje?

Značilnosti napajanja UHF RFID pasivne oznake

1. Poganja ga brezžično napajanje

Brezžični prenos energije uporablja brezžično elektromagnetno sevanje za prenos električne energije iz enega kraja v drugega.Delovni proces je pretvorba električne energije v radiofrekvenčno energijo prek radiofrekvenčnega nihanja, radiofrekvenčna energija pa se pretvori v radijsko elektromagnetno polje prek oddajne antene.Energija radijskega elektromagnetnega polja se širi skozi vesolje in doseže sprejemno anteno, nato pa jo sprejemna antena pretvori nazaj v radiofrekvenčno energijo in val zaznavanja postane energija enosmernega toka.

Leta 1896 je Italijan Guglielmo Marchese Marconi izumil radio, ki je uresničil prenos radijskih signalov po vesolju.Leta 1899 je Američan Nikola Tesla predlagal idejo o uporabi brezžičnega prenosa energije in vzpostavil anteno, ki je visoka 60 m, induktivnost naložena spodaj, kapacitivnost naložena zgoraj v Koloradu, ki uporablja frekvenco 150 kHz za vnos 300 kW moči.Oddaja na razdaljo do 42 km in pridobi 10kW brezžične sprejemne moči na sprejemnem koncu.

Napajanje pasivne oznake UHF RFID sledi tej ideji, čitalnik pa napaja oznako prek radijske frekvence.Vendar obstaja ogromna razlika med napajanjem UHF RFID pasivne oznake in Teslinim testom: frekvenca je skoraj deset tisočkrat višja, velikost antene pa se zmanjša za tisočkrat.Ker je izguba brezžičnega prenosa sorazmerna s kvadratom frekvence in sorazmerna s kvadratom razdalje, je jasno, da je povečanje izgube pri prenosu ogromno.Najenostavnejši način brezžičnega širjenja je širjenje v prostem prostoru.Izguba pri širjenju je obratno sorazmerna s kvadratom valovne dolžine širjenja in sorazmerna s kvadratom razdalje.Izguba širjenja v prostem prostoru je LS=20lg(4πd/λ).Če je enota za razdaljo d m in enota za frekvenco f MHz, potem je LS= -27,56+20lgd+20lgf.

Sistem UHF RFID temelji na brezžičnem mehanizmu prenosa energije.Pasivna oznaka nima lastnega napajanja.Sprejeti mora radiofrekvenčno energijo, ki jo oddaja bralnik, in vzpostaviti enosmerno napajanje z usmerjanjem podvojitve napetosti, kar pomeni vzpostavitev enosmernega napajanja prek Dicksonove polnilne črpalke.

Uporabna komunikacijska razdalja zračnega vmesnika UHF RFID je v glavnem določena z močjo prenosa čitalnika in osnovno izgubo širjenja v prostoru.Oddajna moč bralnika RFID pasu UHF je običajno omejena na 33 dBm.Iz osnovne formule za izgube pri širjenju, brez upoštevanja morebitnih drugih izgub, je mogoče izračunati RF moč, ki doseže oznako prek brezžičnega prenosa energije.Razmerje med komunikacijsko razdaljo zračnega vmesnika UHF RFID in osnovno izgubo širjenja ter močjo RF, ki doseže oznako, je prikazano v tabeli:

Iz tabele je razvidno, da ima brezžični prenos energije UHF RFID značilnosti velike izgube pri prenosu.Ker je RFID v skladu z nacionalnimi predpisi o komunikaciji na kratke razdalje, je prenosna moč čitalnika omejena, zato lahko oznaka zagotavlja nizko moč.Ko se komunikacijska razdalja poveča, se radiofrekvenčna energija, ki jo sprejme pasivna oznaka, zmanjša glede na frekvenco in zmogljivost napajanja se hitro zmanjša.

2. Izvedite napajanje s polnjenjem in praznjenjem kondenzatorjev za shranjevanje energije na čipu

(1) Značilnosti polnjenja in praznjenja kondenzatorja

Pasivne oznake uporabljajo brezžični prenos energije za pridobivanje energije, njeno pretvorbo v enosmerno napetost, polnjenje in shranjevanje kondenzatorjev na čipu ter nato dovajanje energije obremenitvi prek praznjenja.Zato je postopek napajanja pasivnih oznak proces polnjenja in praznjenja kondenzatorja.Postopek vzpostavitve je čisti postopek polnjenja, postopek napajanja pa je postopek praznjenja in dodatnega polnjenja.Dodatno polnjenje se mora začeti, preden napetost praznjenja doseže minimalno napajalno napetost čipa.

(2) Parametri polnjenja in praznjenja kondenzatorja

1) Parametri polnjenja

Čas polnjenja: τC=RC×C

Polnilna napetost:

polnilni tok:

kjer je RC polnilni upor in C kondenzator za shranjevanje energije.

2) Parametri izpusta

Dolžina časa praznjenja: τD=RD×C

Izpustna napetost:

Tok praznjenja:

V formuli je RD upornost praznjenja, C pa kondenzator za shranjevanje energije.

Zgoraj so prikazane značilnosti napajanja pasivnih oznak.Ne gre niti za vir konstantne napetosti niti za vir konstantnega toka, temveč za polnjenje in praznjenje kondenzatorja za shranjevanje energije.Ko je kondenzator za shranjevanje energije na čipu napolnjen nad delovno napetostjo V0 vezja čipa, lahko napaja oznako.Ko kondenzator za shranjevanje energije začne napajati, njegova napajalna napetost začne padati.Ko pade pod delovno napetost čipa V0, kondenzator za shranjevanje energije izgubi zmogljivost napajanja in čip ne more več delovati.Zato mora imeti oznaka zračnega vmesnika zadostno zmogljivost za ponovno polnjenje oznake.

Vidimo lahko, da je način napajanja pasivnih oznak primeren za značilnosti razpočne komunikacije, napajanje pasivnih oznak pa potrebuje tudi podporo za neprekinjeno polnjenje.

3 Ravnovesje ponudbe in povpraševanja

Napajalnik s plavajočim polnjenjem je še en način napajanja, zmogljivost napajalnika s plavajočim polnjenjem pa je prilagojena zmogljivosti praznjenja.Vendar imajo vsi skupno težavo, to je, da mora napajanje UHF RFID pasivnih oznak uravnotežiti ponudbo in povpraševanje.

(1) Način napajanja z ravnotežjem med ponudbo in povpraševanjem za rafalno komunikacijo

Trenutni standard ISO/IEC18000-6 UHF RFID pasivnih oznak spada v burst komunikacijski sistem.Pri pasivnih oznakah se signal med obdobjem sprejema ne oddaja.Čeprav odzivno obdobje prejme nosilni val, je enakovredno pridobivanju vira nihanja, zato ga lahko obravnavamo kot simpleksno delo.Pot.Če se za to aplikacijo obdobje prejema uporablja kot obdobje polnjenja kondenzatorja za shranjevanje energije in je odzivno obdobje obdobje praznjenja kondenzatorja za shranjevanje energije, postane enaka količina polnjenja in praznjenja za vzdrževanje ravnovesja med ponudbo in povpraševanjem. nujen pogoj za vzdrževanje normalnega delovanja sistema.Iz napajalnega mehanizma zgoraj omenjene pasivne oznake UHF RFID je razvidno, da napajanje pasivne oznake UHF RFID ni niti vir konstantnega toka niti vir konstantne napetosti.Ko se kondenzator za shranjevanje energije oznake napolni do napetosti, ki je višja od običajne delovne napetosti vezja, se začne napajanje;ko se kondenzator za shranjevanje energije oznake izprazni na napetost, nižjo od običajne delovne napetosti vezja, se napajanje ustavi.

Za rafalno komunikacijo, kot je pasivni zračni vmesnik UHF RFID z oznako, se lahko polnjenje napolni, preden oznaka pošlje odzivni rafal, kar je dovolj, da se zagotovi vzdrževanje zadostne napetosti, dokler se odgovor ne konča.Zato mora imeti čip poleg dovolj močnega radiofrekvenčnega sevanja, ki ga lahko sprejme oznaka, tudi dovolj veliko kapacitivnost na čipu in dovolj dolg čas polnjenja.Prilagoditi je treba tudi porabo energije in odzivni čas oznake.Zaradi razdalje med oznako in čitalnikom je odzivni čas drugačen, območje kondenzatorja za shranjevanje energije je omejeno in zaradi drugih dejavnikov je morda težko uravnotežiti ponudbo in povpraševanje pri časovni delitvi.

(2) Način plavajočega napajanja za neprekinjeno komunikacijo

Za neprekinjeno komunikacijo, da bi ohranili neprekinjeno napajanje kondenzatorja za shranjevanje energije, ga je treba izprazniti in napolniti hkrati, hitrost polnjenja pa je podobna hitrosti praznjenja, to pomeni, da se zmogljivost napajanja ohrani pred komunikacija je prekinjena.

Radiofrekvenčna identifikacija pasivne kodne oznake in pasivna oznaka UHF RFID trenutni standard ISO/IEC18000-6 imata skupne značilnosti.Stanje prejema oznake je treba demodulirati in dekodirati, stanje odziva pa je treba modulirati in poslati.Zato mora biti zasnovan v skladu z nenehno komunikacijo.Tag čip napajalni sistem.Da bi bila hitrost polnjenja podobna hitrosti praznjenja, mora biti večina energije, ki jo prejme oznaka, uporabljena za polnjenje.

Skupni viri RF

1. RF sprednji del za pasivne oznake

Pasivne oznake se ne uporabljajo samo kot vir energije oznak in razglednic za radiofrekvenčno energijo iz čitalnikov, ampak kar je še pomembneje, sta prenos ukaznega signala od bralnika do oznake in prenos odzivnega signala od oznake do bralnika. realiziran z brezžičnim prenosom podatkov.Radiofrekvenčno energijo, ki jo prejme oznaka, je treba razdeliti na tri dele, ki se uporabljajo za čip za vzpostavitev napajanja, demodulacijo signala (vključno z ukaznim signalom in sinhronizacijsko uro) in zagotavljanje odzivnega nosilca.

Delovni način trenutnega standarda UHF RFID ima naslednje značilnosti: kanal navzdol prevzame način oddajanja, kanal navzgor pa način deljenja več oznak z enokanalnim zaporednim odzivom.Zato po prenosu informacij sodi v simpleksni način delovanja.Ker pa oznaka sama ne more zagotoviti prenosnega nosilca, mora odgovor oznake zagotoviti nosilca s pomočjo čitalnika.Zato sta, ko se oznaka odzove, kar zadeva stanje pošiljanja, oba konca komunikacije v obojestranskem delovnem stanju.

V različnih delovnih stanjih so enote vezja, ki jih vključi oznaka, različne, prav tako je različna moč, potrebna za delovanje različnih enot vezja.Vsa moč izvira iz radiofrekvenčne energije, ki jo prejme oznaka.Zato je treba porazdelitev RF energije nadzorovati razumno in kadar je to primerno.

2. Uporaba RF energije v različnih delovnih urah

Ko oznaka vstopi v RF polje bralnika in začne graditi moč, ne glede na signal, ki ga čitalnik pošlje v tem trenutku, bo oznaka vso prejeto RF energijo dovajala usmerniškemu vezju za podvojitev napetosti, da napolni kondenzator za shranjevanje energije na čipu. , s čimer se vzpostavi napajanje čipa.

Ko čitalnik oddaja ukazni signal, je oddajni signal čitalnika signal, kodiran z ukaznimi podatki in amplitudo, modulirano z zaporedjem razpršenega spektra.Obstajajo nosilne komponente in komponente stranskega pasu, ki predstavljajo ukazne podatke in sekvence razpršenega spektra v signalu, ki ga prejme oznaka.Celotna energija, nosilna energija in komponente stranskega pasu sprejetega signala so povezane z modulacijo.V tem času se modulacijska komponenta uporablja za prenos sinhronizacijskih informacij ukaza in zaporedja razpršenega spektra, skupna energija pa se porabi za polnjenje kondenzatorja za shranjevanje energije na čipu, ki istočasno začne dovajati energijo v čip. vezje za ekstrakcijo sinhronizacije in enoto vezja za demodulacijo ukaznega signala.Zato se med obdobjem, ko bralnik pošlje navodilo, radiofrekvenčna energija, ki jo prejme oznaka, uporabi za nadaljevanje polnjenja oznake, ekstrahiranje sinhronizacijskega signala, demodulacijo in identifikacijo ukaznega signala.Kondenzator za shranjevanje energije oznake je v stanju napajalnika s plavajočim nabojem.

Ko se oznaka odzove bralniku, je oddani signal bralnika signal, ki je moduliran z amplitudo podhitrostne ure čipa razpršenega spektra razpršenega spektra.V signalu, ki ga prejme oznaka, so nosilne komponente in komponente stranskega pasu, ki predstavljajo podstopenjsko uro hitrosti čipa z razširjenim spektrom.V tem času se modulacijska komponenta uporablja za prenos podatkov o hitrosti čipa in hitrosti zaporedja razširjenega spektra, skupna energija pa se uporablja za polnjenje kondenzatorja za shranjevanje energije na čipu in modulacijo prejetih podatkov ter pošiljanje odgovora na bralec.Vezje za ekstrakcijo sinhronizacije čipa in enota vezja za modulacijo odzivnega signala napajata.Zato med obdobjem, ko čitalec prejme odgovor, oznaka prejme radiofrekvenčno energijo in se uporablja za nadaljevanje polnjenja oznake, signal za sinhronizacijo čipa se ekstrahira in podatki o odzivu se modulirajo in pošlje odgovor.Kondenzator za shranjevanje energije oznake je v stanju napajalnika s plavajočim nabojem.

Skratka, poleg tega, da oznaka vstopi v RF polje bralnika in začne vzpostavljati obdobje napajanja, bo oznaka dovajala vso prejeto RF energijo v usmerniško vezje za podvojitev napetosti, da napolni kondenzator za shranjevanje energije na čipu, s čimer vzpostavi napajalnik s čipom.Nato oznaka iz prejetega radiofrekvenčnega signala izvleče sinhronizacijo, izvede demodulacijo ukazov ali modulira in odda odzivne podatke, pri čemer vsi uporabljajo prejeto radiofrekvenčno energijo.

3. Zahteve za RF energijo za različne aplikacije

(1) Zahteve za RF energijo za brezžični prenos energije

Brezžični prenos moči vzpostavi napajanje za oznako, zato zahteva zadostno napetost za pogon vezja čipa ter zadostno moč in zmožnost neprekinjenega napajanja.

Napajanje brezžičnega prenosa energije je vzpostavitev napajanja s sprejemom energije RF polja čitalnika in popravljanjem podvojitve napetosti, ko oznaka nima napajanja.Zato je njegova sprejemna občutljivost omejena s padcem napetosti sprednje zaznavne diodne cevi.Za čipe CMOS je sprejemna občutljivost popravljanja podvojitve napetosti med -11 in -0,7 dBm, kar je ozko grlo pasivnih oznak.

(2) Zahteve za RF energijo za zaznavanje sprejetega signala

Medtem ko popravljanje podvojitve napetosti vzpostavi napajanje čipa, mora oznaka razdeliti del prejete radiofrekvenčne energije, da zagotovi vezje za zaznavanje signala, vključno z zaznavanjem ukaznega signala in zaznavanjem sinhrone ure.Ker se zaznavanje signala izvaja pod pogojem, da je vzpostavljeno napajanje oznake, demodulacijska občutljivost ni omejena s padcem napetosti sprednje zaznavne diodne cevi, zato je sprejemna občutljivost veliko višja od brezžične moči sprejemna občutljivost prenosa in spada k zaznavanju amplitude signala in ni zahteve po moči.

(3) Zahteve za RF energijo za odziv oznake

Ko se oznaka odzove na pošiljanje, mora poleg zaznavanja sinhrone ure izvesti tudi psevdo-PSK modulacijo na prejetem nosilcu (ki vsebuje ovojnico modulacije ure) in realizirati povratni prenos.V tem času je potrebna določena raven moči, njena vrednost pa je odvisna od oddaljenosti čitalnika od oznake in občutljivosti čitalnika za sprejem.Ker delovno okolje čitalnika omogoča uporabo bolj zapletenih zasnov, lahko sprejemnik izvaja nizkošumni sprednji del, kodno razdeljena radiofrekvenčna identifikacija pa uporablja modulacijo razširjenega spektra, kot tudi ojačanje razširjenega spektra in ojačanje sistema PSK , je lahko občutljivost bralnika zasnovana tako, da je dovolj visoka.Tako, da so zahteve za povratni signal nalepke dovolj zmanjšane.

Če povzamemo, radiofrekvenčna moč, ki jo prejme oznaka, je v glavnem dodeljena kot popravljalna energija podvajalnika napetosti brezžičnega prenosa moči, nato pa se dodelita ustrezna količina ravni zaznavanja signala oznake in ustrezna količina energije povratne modulacije, da se doseže primerna energija distribucijo in zagotavljanje neprekinjenega polnjenja kondenzatorja za shranjevanje energije.je možna in razumna zasnova.

Vidimo lahko, da ima radiofrekvenčna energija, ki jo prejmejo pasivne oznake, različne zahteve glede uporabe, zato je potrebna zasnova porazdelitve moči radijske frekvence;zahteve za uporabo radiofrekvenčne energije v različnih delovnih obdobjih so različne, zato je treba imeti načrt distribucije radiofrekvenčne moči glede na potrebe različnih delovnih obdobij;Različne aplikacije imajo različne zahteve za RF energijo, med katerimi je največ energije za brezžični prenos energije, zato se mora dodelitev RF moči osredotočiti na potrebe brezžičnega prenosa energije.

UHF RFID pasivne oznake uporabljajo brezžični prenos energije za vzpostavitev napajanja oznake.Zato je učinkovitost oskrbe z električno energijo izjemno nizka, zmogljivost oskrbe z električno energijo pa zelo šibka.Označevalni čip mora biti zasnovan z nizko porabo energije.Vezje čipa se napaja s polnjenjem in praznjenjem kondenzatorja za shranjevanje energije na čipu.Zato je treba za zagotovitev neprekinjenega delovanja nalepke kondenzator za shranjevanje energije nenehno polniti.Radiofrekvenčna energija, ki jo sprejme oznaka, ima tri različne aplikacije: popravljanje podvojitve napetosti za napajanje, sprejem in demodulacijo ukaznega signala ter modulacijo in prenos odzivnega signala.Med njimi je sprejemna občutljivost usmerjanja s podvojitvijo napetosti omejena s padcem napetosti usmerniške diode, ki postane zračni vmesnik.ozko grlo.Zato sta sprejem in demodulacija signala ter modulacija in prenos odzivnega signala osnovni funkciji, ki ju mora RFID sistem zagotavljati.Močnejša kot je napajalna zmogljivost oznake usmernika za podvojitev napetosti, bolj konkurenčen je izdelek.Zato je merilo za racionalno porazdelitev prejete RF energije pri zasnovi sistema oznak povečati oskrbo z RF energijo s popravljanjem podvajalnika napetosti, kolikor je to mogoče, ob predpostavki, da se zagotovi demodulacija sprejetega signala in prenos odziva. signal.